高压直流输电系统换流器技术综述

作为高压直流输电核心设备的换流器容量巨大、可控性强,对可靠性的要求很高。传统晶闸管换流器容量很大,但投资大、谐波严重。电压源换流器能弥补传统晶闸管换流器的部分缺点,其发展十分迅速。为了进一步推动换流器技术在高压直流输电系统中的改进研究和应用,针对传统晶闸管换流器、每极2组12脉动换流器、电容换相换流器以及电压源换流器等适合于高压直流输电的换流器,在详细介绍这些换流器的拓扑结构、基本工作原理、控制策略的基础上,对其技术特点和应用领域进行了评述。研究结果表明:长距离大容量高压直流输电仍然适合采用传统晶闸管换流器;电压源换流器在HVDC中有广泛的应用前景,是未来高压直流输电技术的重要发展方向。     

高压直流输电技术发展与应用前景

综述了近年来高压直流输电技术的发展。由于新型电力电子元器件,电压型换流器,工作更可靠的接线方式及有源滤波器和新型直流电缆等的应用,使得高压直流输电技术除了在传统的远距离输电和大电网联网中进一步扩大了应用份额以外,在实现电力市场化运行,加强环保和充分利用可再生能源,解决城市供电需求等方面必将发挥更大的作用。     

基于可控关断电流源换流器的直流输电控制策略

近年来,特高压直流输电技术快速发展,为解决晶闸管换流阀易发生换相失败问题,国内已经建成了多条基于电压源型换流阀的混合直流输电系统,但IGBT电压源换流器仍存在过流能力差的固有缺陷。基于可控电流源换流器,分析比较了多个全控电力电子的工程适用性,提出了可用于常规高压直流输电工程的电流源换流器拓扑结构,研究基于非全周期逆向锁相环技术的关断脉冲触发策略,提出了基于可控关断电流源换流器的直流控制优化策略和故障穿越策略。最后基于半实物仿真平台RTDS搭建混合直流输电系统,验证了所提拓扑可行性和策略有效性。     

三峡至常州±500kV高压直流输电用晶闸管阀技术特点

介绍了三峡至常州±500kV高压直流输电用晶闸管阀体结构;并从电力电子器件、晶闸管控制单元、晶闸管模块、电抗器、冷却系统和绝缘防火结构等几方面,分析了瑞士ABB公司提供的高压晶闸管阀技术特点,以及高压换流阀技术发展趋势。     

采用LCC技术的特高压直流输电

电网换相换流器(LCC)的主要换流器件为晶闸管,由交流系统提供换相电压。基于LCC的高压直流(LCC-HVDC)输电技术,通过控制直流电压的大小与方向实现功率灵活传输,广泛应用于高电压、长距离、大容量输电场合及交流电网的异步互联,是目前最为成熟的高压直流输电方式。     

高压直流输电系统中滤波器对控制效果影响的研究

指出了在高压直流输电系统中,由大量电力电子设备构成的换流器核心系统给直流输电带来了两方面问题,即系统的控制问题和电力电子设备造成的谐波污染问题,针对这两个问题,综合分析滤波器和控制器在高压直流输电系统中的相互作用,通过Matlab仿真软件,建立高压直流输电系统的仿真模型,并在给定控制器的直流系统仿真模型上搭建滤波装置仿真直流输电线路电压电流波形,仿真结果证实在高压直流输电系统中,加装滤波器会使得系统中控制器的控制效果更优。     

特高压直流碳化硅晶闸管阀损耗探讨

碳化硅是发展最为成熟的新型宽禁带半导体材料,且碳化硅功率器件近期已开始代替常规的硅基器件。以典型的±800 kV,额定电流为5 kA的高压直流输电工程为实例,建立了换流阀基本组件的电气模型,用PSCAD/EMTDC仿真软件搭建了换流器仿真电路,研究碳化硅晶闸管在高压直流换流阀中的应用。对基于碳化硅晶闸管和普通硅晶闸管的直流换流阀电气特性和损耗进行仿真结果比较。计算结果表明:用碳化硅晶闸管来代替传统的硅晶闸管,可以在不同的触发角和工况下大幅减少系统的功率损耗。最后估算了在直流工程中使用碳化硅晶闸管阀带来的经济效益。     

传统高压直流输电换流阀及其常发故障分析

金中直流输电工程逆变站采用典型的传统高压直流输电技术,使用ABB技术路线的换流阀,却比国内同类型的高压直流输电工程多发IP（Indicating Pulse,指示脉冲）丢失、IP震荡、保护性触发等异常现象。为此,对换流阀结构、VCU（Valve Control Unit,阀控单元）配置、晶闸管编码进行了分析,初步确定晶闸管单元硬件问题为频繁IP告警的重要原因之一。测试晶闸管后进一步对TCU（Thyristor Control Unit,晶闸管控制单元）取能电路进行分析、检测,认为稳压二极管、功率三极管异常均有可能导致TCU处于保护性触发模式,并建议设计一种针对TCU控制单元的专项测试,为高压直流输电工程的安全运行提供保障。     

《高压直流输电与柔性交流输电控制装置》一书出版

《高压直流输电与柔性交流输电控制装置》中文版2006年2月南机械工业出版社出版,原著由Kluwer Academic Publishers／Springer Science出版社于2004年出版,作者为加拿大Vijay K．Sood博士,译者为浙汀大学徐政教授。本书集中介绍了高压商流输电(HVDC)与柔性交流输电(FACTS)近10年来所取得的技术进步和发展,涉及主题包括:电流源与电压源换流器、电力换流器的同步技术、电容器换相换流器、有源滤波器、高压直流输电系统中的典型扰动、仿真技术、基于链式换流器的静止同步补偿器、现代高压     

现代新技术在高压直流输电中的应用

全面介绍高压直流输电技术在世界范围内的应用情况，并简述光直接触发晶闸管阀、绝缘门极双极晶体管电压源换流器、接地极引线故障测量装置等新技术在直流输电工程中的应用。对我国直流输电系统的发展重点工程及其采用的主要新技术也分别做了介绍。     

使用合成试验回路对三峡—常州HVDC晶闸管阀进行运行试验

三峡―常州(3G)HVDC晶闸管阀使用的是高额定容量的晶闸管,若用传统的背靠背回路进行试验,需要巨大的投资。为此,开发了一合成试验回路,并成功用于试验三峡晶闸管阀。该回路使用常规的背靠背试验回路作电流源,用振荡回路作电压源,能够充分再现HVDC晶闸管阀的4种运行状态。所产生的试验电应力大于或等于运行条件下的预计电应力。型式试验结果表明,三峡HVDC晶闸管阀完全满足要求。由于试验参数普遍高于设计要求,表明晶闸管阀的设计裕度较大。     

Voltage control of modified series-connected HVDC bridges using GTO thyristor by-pass valves

Direct current (DC) links are finding increasing use throughout the world in the form of long distance transmission and a synchronous interconnections. The objective of this paper is to present a new method to control the HVDC converter by modified series-connected bridges with GTO thyristor by-pass valves to give more reduction in both harmonics generation and reactive volt–ampere absorption for the rectifier and inverter modes of operation. Fast and continuous control of the DC voltage are possible using the proposed scheme, which uses by-pass GTO thyristor valves connected to tapping points on the secondary windings of the transformer for one bridge and the other one is operating as a conventional bridge.     

HVDC直接光控换流阀中激光发射电路监测中几个问题的探讨

我国贵州-广东Ⅰ回、Ⅱ回±500 kV高压直流输电和西北-华中(灵宝)联网直流背靠背工程中,均采用了用激光脉冲直接触发晶闸管的直接光控晶闸管换流阀(以下简称LTT阀)。为了确保触发光脉冲的可靠性,在阀底部电子设备柜(VBE)中设置了对光发射电路进行在线实时监测的功能。笔者就近年来运行中激光发射监测出现的一些问题进行探讨。     

基于滤波规则的HVDC交流过电压快切滤波器控制策略

高压直流输电的换流器采用晶闸管作为开关器件,在传送有功功率的同时需要消耗大量的无功功率,因此需要配置无功补偿设备。如果换流器发生闭锁、紧急停运、功率回降或者连续换相失败,无功补偿设备不能及时切除,很容易产生交流过电压。传统的根据绝对最小滤波器和最小滤波器投切顺序表的交流过电压快切滤波器控制策略只能按顺序实现单组切除,严重故障时如果不迅速切除可能会引起直流闭锁。提出一种基于滤波规则的交流过电压快切滤波器控制策略,一次计算得到不同类型滤波器的切除数目,实现同时切除多组交流滤波器。仿真试验对两种控制策略进行了对比,仿真结果表明所提控制策略切除速度更快,抑制过电压效果更好。     

灵活用于SVC阀和HVDC阀运行试验的新型联合试验装置

为了便于大功率串联晶闸管阀的运行试验,在分析现有大功率串联晶闸管阀试验技术和IEC标准对试验装置的要求的基础上,通过对新型联合试验装置原理电路的分析,提出了一种适用于多种阀试品的联合试验装置。该装置可提供多种灵活用于以SVC阀为主的双向阀试品和以HVDC阀为主的单向阀试品运行试验的试验方式,并且试验能力高、适用试品范围广,为大功率串联晶闸管阀技术的研究提供了很好的试验平台。     

用于HVDC晶闸管模块运行试验的新合成试验回路

现代晶闸管阀的高额定容量使其难以在试验室用背靠背试验回路进行试验,用合成试验回路对晶闸管阀的设计进行验证是一种替代方法。设计合成试验回路的核心在于,如何正确地再现作用在晶闸管阀上的负荷。为此,重点描述了换流阀在4种运行状态下的电压和电流负荷。ABBPowerSystems开发了一种新的合成试验回路,正确地再现了运行中施加在HVDC晶闸管阀上的电压和电流负荷。验证试验表明,该回路的设计是成功的。     

一种基于模块化多电平换流器的三极直流输电系统

现有三极直流输电系统基于晶闸管换流器,存在一些与传统直流输电系统相似的固有缺陷。文中提出了一种改进系统:极3采用基于全桥子模块的模块化多电平换流器,极1和极2采用基于钳位双子模块的模块化多电平换流器。同时,提出了三极直流协调控制策略,并且为了抑制过渡阶段的暂态过电压,减小接地电流和功率波动,还提出了电压反向控制、电流维零控制和功率协调控制。采用PSCAD/EMTDC进行仿真验证,结果表明利用所提控制策略,三极直流输电系统能够获得较好的响应特性,在维持电容电压平衡的同时,能够抑制交直流间功率扰动和接地极电流波动。     

反向恢复电荷分散性对直流换流阀的影响

直流换流阀是直流输电的核心设备,它的设计性能直接影响整个直流系统的优劣。而晶闸管的反向恢复特性是阀设计时考虑的重要因素之一。为满足耐压要求,换流阀需多只晶闸管串联,但每只晶闸管的反向恢复电荷均不同,这种电荷分散性将引起晶闸管级端电压的不同。首先分析直流换流阀关断时刻反向恢复电荷差异对晶闸管级端电压的影响。在此基础上,分别分析反向恢复电荷分散性对阀最小触发电压和最小关断角的影响,推导其理论公式,并通过仿真验证公式的准确性。最后,得出在系统条件一定的情况下,阀设计时对所选用晶闸管的反向恢复电荷分散性的一般要求。